JP3954055B2

JP3954055B2 - 凝集分離装置

Info

Publication number: JP3954055B2
Application number: JP2004287920A
Authority: JP
Inventors: 康夫山田; 俊則京才; 則三森川; 稔佐藤; 幸志西原; 真一永松; 正美大浦; 立真桜井; 博子間瀬
Original assignee: Nishihara Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Nishihara Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: CN101072615A; TWI300006B; EP1813336A4; WO2006036014A1; EP1813336A1; TW200621345A; MY139683A; KR20070043687A; JP2006095493A; KR100810334B1

Description

この発明は、コロイド状物質や微細粒子などの懸濁物質を含んだ被処理水（原水、流入水）に凝集剤を混和させ、懸濁物質を凝集させてフロック（凝集汚泥）を形成し、被処理水からフロックを固液分離させて清澄水を連続して得る凝集分離装置に関するものである。

従来のこの種の凝集分離装置は、懸濁物質等を含んだ被処理水が原水導入管を介して流入する凝集反応槽を備えている。この凝集反応槽に流入した被処理水には、凝集剤供給手段から凝集剤が添加され、また、添加物供給手段から砂等の不溶性添加物が供給されるようになっている。さらに、この凝集分離装置は、凝集反応槽から混合物を引き抜く混合物引抜手段、凝集反応槽からの流出水を固液分離する固液分離槽、この固液分離槽からの分離物を引き抜く分離物引抜手段としてのポンプ、返送管、添加物回収器を備えている。そして、添加物回収器はポンプから返送管を介して返送された分離物に含まれる添加物を分離回収し、その回収添加物を凝集反応槽に返送し且つ分離汚泥を系外に排出する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３２６１１０号公報（第２頁右欄第１４−２６行、第１図）

従来の凝集分離装置では、凝集反応槽において凝集剤を添加してフロックを形成した後に、固液分離槽において重力を利用して被処理水からフロックを分離するので、凝集反応槽に加えて少なくともそれと同程度の面積の固液分離槽が必要となり、全体的には広い敷地面積が必要になるという問題がある。また、重力を利用して被処理水からフロックを分離するので、フロックの沈降速度を上回る速度で処理することができず、処理効率が悪いという問題がある。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、敷地面積を少なくすることができると共に、安定してより速い速度で固液分離することができる、つまり、設置面積の削減や処理時間の短縮が可能であると共に、安定した処理が可能な凝集分離装置を得るものである。

この発明に係る凝集分離装置は、凝集剤が混和した原水が流入する凝集分離タンクと、該凝集分離タンク内の中央に設けられ、上下に開口を有するドラフトチューブと、前記凝集剤が混和した原水を前記ドラフトチューブ内へ導く原水導入管と、前記ドラフトチューブ内に設置され、前記ドラフトチューブ内に下降流を発生させることにより、凝集分離タンク内に旋回流を発生させる水流発生機と、前記凝集分離タンクの外側に設けられ、前記凝集分離タンクの下部に設けられた汚泥排出口から凝集汚泥を導入して濃縮する集泥ボックスと、該集泥ボックスで濃縮された凝集汚泥を移送する汚泥移送管とからなることを特徴とする。

好ましくは、ドラフトチューブが設けられた凝集分離タンクに高比重材を存在させる。汚泥移送管には高比重材を分離して凝集分離タンクに循環する分離器を設ける。ドラフトチューブの上方に多孔性部材を設ける。水流発生機は軸流型攪拌羽根を備えた攪拌機とする。凝集剤と原水を混和するラインミキサーを設ける。凝集分離タンクに水質測定機を設ける。そして、処理水を導入する集水器を設ける。

この発明は、凝集剤によるフロックの形成と、水流発生機による旋回流を利用して、フロックの分離処理を一つの凝集分離タンクで連続して行なうことができる。すなわち、凝集分離は瞬時に行なうことができるので、フロックの形成と固液分離を同一の凝集分離タンクで行うことができる。また、固液分離を効率的に安定して行うことができるので、広い敷地を要する従来の固液分離槽などが不要になり、装置全体が小型化し、建設コストなどが低減する。

ドラフトチューブを設ければ、滞留時間を２〜３分程度とすることができ、かつＳＳ除去率を８０％以上に維持することができる。凝集分離タンク内のフロックの状態や処理水の状態などを常時計測すれば、安定した界面とフロックの量を常時適切に保つことができ、安定した連続処理が可能となる。

凝集剤が混和した被処理水を凝集分離タンクに流入させ、それを水流発生機で攪拌することにより、凝集分離タンク内に旋回流を発生させることができる。また、水流発生機を囲むようにドラフトチューブを配設し、かつ水平ガイド板と鉛直ガイド板を配設することにより、旋回流を円滑に形成することができる。さらに、多孔性部材を配設することにより、上昇方向への流速を抑えて水平流（例えば、向心流）と旋回流（例えば、下降流）をより安定して発生させることができるので、処理効率を安定させることができる。

従来の凝集沈殿に用いるような凝集剤を添加するだけでなく、高比重材を注入し、更には凝集助剤も添加することにより、従来よりも大きなフロックを形成することが可能となる。したがって、フロックの質量が増加するので、処理速度を高めることができ、滞留時間を短縮することができ、しかも効率のよい安定した処理が可能となる。そして、凝集反応に寄与する高比重材を集泥ボックスから引き抜いて分離器に移送し、そこで汚泥から分離して被処理水に連続して供給すれば、高比重材の再利用が可能となり、維持管理費が低減する。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における凝集分離装置を示すフロー図である。この凝集分離装置は原水中の懸濁物質など凝集させて固液分離する凝集分離タンク１を備えている。原水は混和タンク２から原水導入管３、高比重材添加設備４、原水導入管５を介して凝集分離タンク１に流入させてある。混和タンク２は原水が流入する原水流入口２ａと、凝集剤６を注入するための凝集剤注入口２ｂを有している。混和タンク２は原水に或る程度の滞留時間の乱流状態を保ち、原水中の懸濁物質と凝集剤６が反応してフロックを形成するものとしてある。高比重材添加設備４には、原水から夾雑物を除去するスクリーン７を設置してある。また、高比重材添加設備４には、その上方に設置した分離器８から高比重材９を添加するようにしてある。そして、高比重材添加設備４の後流の原水導入管５には、凝集助剤１０を凝集助剤注入口１０ａから注入するようにしてある。凝集助剤１０を添加することで、旋回流により効率よく高比重材９とフロックが接触して、重いフロック形成されて固液分離が良好となる。

混和タンク２の内部に、乱流状態を形成するための図示しない攪拌機を設けるのも好ましい。原水導入管５の原水導入口５ａの位置は、凝集分離タンク１内の旋回流に容易に乗れる位置としてある。スクリーン７の位置は凝集分離タンク１の上流であれば、限定するものではない。しかし、分離器８の閉塞を防止するためには、スクリーン７は高比重材９を添加する位置の上流に設置するのが好ましく、混和タンク２の前段に設置しても支障はない。云うまでもなく、原水が夾雑物を含んでいない場合には、スクリーン７は設置する必要がない。高比重材９と凝集助剤１０の添加位置は、高比重材９と凝集助剤１０が瞬時に反応してフロックの形成を促進する位置としてある。しかし、高比重材９の添加位置は凝集分離タンク１の上流側であればよいが、凝集分離タンク１と混和タンク２の間で添加することが好ましい。凝集助剤１０の添加位置は混合液が凝集分離タンク１に流入する前であればよいが、あるいは、凝集分離タンク１内の原水導入口５ａ付近で混合液導入直後に凝集助剤１０と十分に混合されるようにしてもよい。

凝集分離タンク１の中央には、流入した混合液（原水と凝集剤６が混合した液）、つまり被処理水を攪拌して水流を発生させる水流発生機１１を設けてある。凝集分離タンク１の上部には、固液分離して得た処理水を集める集水器１２を設け、処理水は集水器１２から処理水導出口１２ａを介して系外に導出させるようにしてある。凝集分離タンク１の下部には、被処理水から分離した汚泥を排出する汚泥排出口１３を設けてある。凝集分離タンク１の下部の外側には、汚泥排出口１３からの汚泥を集める集泥ボックス１４を設けてある。集泥ボックス１４の内部の汚泥は、上記分離器８に汚泥移送管１５を介して移送するようにしてある。汚泥移送管１５には、集泥ボックス１４側から順次に開閉弁１６と移送ポンプ１７を配設してある。そして、凝集分離タンク１には、汚泥界面Ｋにおける水質を計測する水質計測機１８を設けてある。この水質計測機１８は開閉弁１６に電気的に接続し、開閉弁１６を水質計測機１８からの信号に基づいて作動させるようにしてある。

凝集分離タンク１は円筒形とするのが好ましいが、スペースの有効活用や建設コストを考慮した場合に立方体（直方体）とすることができる。また、凝集分離タンク１の平面形状は多角形とすることができ、この場合には偶数角形で対称形とするのが好ましい。また、容積が同じで、高さが高い場合と低い場合を比較した場合に、それらの容積が同じであっても後者は循環流を発生させるのに適さない。したがって、凝集分離タンク１の高さは横の長さ（直径、幅）よりも大きくするのが好ましい。すなわち、凝集分離タンク１の形状を円筒形とする場合には直径に対する高さの割合を１以上とし、直方体とする場合には横の長さに対する高さの割合を１以上とする。しかし、凝集分離タンク１が横に長い場合でも、凝集分離タンク１の内部に仕切を配置することによって滑らかな旋回流を発生させることができる。同様な場合に、凝集分離タンク１の上部の径を下部の径よりも大きくすれば、凝集分離タンク１の上部における旋回流の上昇速度を下部よりも遅くすることができるので、汚泥界面Ｋを効果的に発生させることができる。

凝集剤６は、鉄系およびアルミ系で陽イオン価数の高い無機凝集剤としてある。この種の無機凝集剤には、例えばポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第二鉄などを挙げることができる。しかし、フロックを良好に形成することができるのであれば、凝集剤６の種類は限定するものではない。

分離器８は、汚泥移送管１５から流入した凝集汚泥から高比重材９を分離し、この高比重材９を再利用するものとし、この実施の形態１では湿式液体サイクロンとしてある。分離器８は、分離して得た高比重材９を高比重材添加設備４に供給し、残った汚泥を系外に排出するようにしてある。この種の分離器８には、高比重材９と汚泥を分離することができるのであれば、それ以外の装置も用いることができる。例えば、高比重材９に付着している汚泥を攪拌、混合、または落下させることによって高比重材９から剥して沈殿させる、いわゆる分級槽も用いることができる。言うまでもなく、高比重材９を再利用しない場合には、高比重材９は汚泥と共に系外へ排出すればよい。

ここに、混合液（原水と凝集剤６が混合した液）に高比重材９を添加する目的は、フロックの見かけ上の比重を高めることである。この高比重材９には、比重が１以上である物質、例えば微粒砂を用いることができる。微粒砂は比重が２．６、均等係数が１．７、そして有効径が１００μｍ程度である。高比重材９には、微粒砂に近似する比重２〜８の有機系や無機系の物質や、この物質と微粒砂との混合物も用いることができる。凝集分離装置の運転に特に好ましい高比重材９の比重の範囲は２．０〜３．０である。この種の高比重材９としては、ガーネット、スパーアッシュ（東京都製）、酸化ジルコニウム、アンスラサイトなどがある。なお、凝集助剤１０にはアニオン系やノニオン系などの高分子凝集剤を用いることができる。

水流発生機１１は、その攪拌に伴う剪断力によってフロックを破壊することなく乱流域を形成し、高比重材９などとマイクロフロックを接触させて大きなフロックを形成する手段としてある。この水流発生機１１は、軸流型の攪拌羽根１１ａを備えた攪拌機としてあり、攪拌羽根１１ａから鉛直上方に延在する駆動軸１１ｂと、この駆動軸１１ｂを回転駆動するモータ１１ｃを備えている。なお、設置の状況によっては、駆動軸１１ｂは横方向に延在させることもできる。軸流型の水流発生機１１は、小さな静圧で大きな吐出量を発生させることができる。水流発生機１１には、軸流型の攪拌羽根１１ａを備えた攪拌機ばかりでなく、ポンプ、ファン、エジェクターなども用いることができる。水流発生機１１の回転は可変式とするのが好ましが、凝集分離装置の運転条件によっては可変式でなくてもよい場合もある。そして、水流発生機１１には、旋回流を良好に発生させるその他の手段、例えばサーキュレータなどの噴流発生機も用いることができる。

集水器１２は、この実施の形態１では凝集分離タンク１から越流した処理水を導入し、処理水の中のフロックを除去するものとしてある。そして、処理水は処理水導出口１２ａを介して系外に移送するようにしてある。この集水器１２はろ過機を備えることができ、ろ過機は回転円盤型とすることができる。また、集水器１２には、ろ材を備えたろ過機、および分離膜やろ布を備えた膜ろ過機を用いることができる。さらに、処理水の性状に適したトラフ、例えば水没型のトラフとすることができる。これらの集水器やトラフについては後で改めて説明する。

集泥ボックス１４を設ける目的は、凝集分離タンク１内の汚泥濃度が上昇した際に凝集汚泥を凝集分離タンク１内から引き抜いて、汚泥界面Ｋが上昇することを防止することである。集泥ボックス１４は、凝集分離タンク１の外周面の最下部から外側の斜め上方に延在する傾斜壁１４ａによって形成し、汚泥排出口１３からの凝集汚泥を凝集分離タンク１と傾斜壁１４ａとの間に受容するようにしてある。この実施の形態１では集泥ボックス１４は凝集分離タンク１の下部の外側に設けたが、旋回流を邪魔することがなく、集泥し易い場所なら外側に拘ることはない。この集泥ボックス１４では、高比重材９を循環利用するための循環率を低減する目的、および系外に排除する汚泥の量を低減する目的から、凝集汚泥を濃縮するようにしてある。そして、集泥ボックス１４内の凝集汚泥を移送ポンプ１７によって引き抜くようにしてある。

汚泥移送管１５は、開閉弁１６と移送ポンプ１７を介して集泥ボックス１４から凝集汚泥を引き抜くことによって、凝集分離タンク１内の固形物濃度を制御するものとしてある。また、汚泥移送管１５は、引き抜いた凝集汚泥を分離器８に供給し、凝集汚泥から高比重材９を分離して循環させるのに役立たせてある。すなわち、高比重材９を凝集反応に寄与させるためには、高比重材９を原水に対して一定濃度で添加するのであるが、その濃度は移送ポンプ１７によって引き抜く凝集汚泥の量によって制御する。云うまでもなく、高比重材９を循環利用しない場合には、分離器８を設置することなく高比重材９を凝集汚泥と共に系外に排除すればよい。

水質計測機１８は、凝集分離タンク１内のフロックの状態を連続して計測するもの、換言すれば凝集分離タンク１内の過度なフロックの蓄積を監視するためのものとしてあり、界面計、濃度計、濁度計などとすることができる。通常、汚泥界面Ｋは凝集分離タンク１内のフロックの濃度が上昇すると高くなる。水質計測機１８は凝集分離タンク１内の汚泥界面Ｋを常時計測し、フロックが過度に蓄積するという現象が発生した場合に、開閉弁１６を自動的に開いて余剰なフロックを凝集汚泥として引き抜き、凝集分離タンク１内のフロックの量を均衡させ、フロックを処理水側に流出させないように汚泥界面Ｋを制御する。なお、凝集分離タンク１内のフロックの状態を連続監視するためには、凝集分離タンク１内のフロックの状態を計測する方法ばかりでなく、処理水の濁度や透視度を計測する方法、それらを組み合わせた方法も利用することができる。

ここで、凝集分離装置を良好に運転するためには、凝集分離タンク１内の水面と汚泥界面Ｋとの距離が常に１．０ｍ以上となるように制御するのが好ましい。また、汚泥濃度を７〜１４％程度に調整するのが合理的である。すなわち、流入する原水量に対する凝集汚泥の引抜量を３〜１０％程度に確保し、凝集分離タンク１内の濃度を０．５〜３％程度とするのが好ましい。このためには、開閉弁１６と移送ポンプ１７を用いて凝集分離タンク１から一定量の凝集汚泥を一定時間だけ引き抜き、汚泥移送管１５を介して分離器８に移送する。そして、分離器８において凝集汚泥から高比重材９に分離し、残った汚泥を系外に排出することにより、フロックが処理水側へ流出することを防止して処理水が悪化することを防止する。

次に、実施の形態１における凝集分離装置の作用を説明する。混和タンク２に流入した原水に凝集剤注入口２ｂから凝集剤６が混和すると、原水中の懸濁物質が凝集剤６に反応してフロック化する。このようにフロック化した混合液（原水と凝集剤６が混合した液）は原水導入管３を通って高比重材添加設備４に流入する。この際に。スクリーン７が原水中の夾雑物を除去し、分離器８の閉塞を防止する。高比重材添加設備４では、分離器８から高比重材９が混合液（原水と凝集剤６が混合した液）に混入する。そして、高比重材９を含んだ混合液（原水と凝集剤６が混合した液）は原水導入管５を流れ、その間にその混合液（原水と凝集剤６が混合した液）に凝集助剤１０が凝集助剤注入口１０ａから混入する。

このようにして高比重材９と凝集助剤１０を含んだ混合液（原水と凝集剤６が混合した液）は、原水導入口５ａから凝集分離タンク１内に流入して被処理水となる。凝集分離タンク１内では、水流発生機１１が作動し、被処理水に旋回流を発生させる。この旋回流の総量は、凝集分離タンク１内に予め存在していた被処理水と、原水導入口５ａから新たに加わった原水の合計となる。そして、旋回流は凝集分離タンク１の中央において下降流となり、凝集分離タンク１の底部で水平流（放射流）となり、その後に上昇流となり、更に汚泥界面Ｋの近傍で水平流（向心流）となる。このような旋回流によって、被処理水中の懸濁物質などが高比重材９と凝集助剤１０に反応し、フロックが効率よく発生する。このフロックは高比重材９と一体となり見かけの比重が高くなる。つまり、被処理水の上昇流速に対してより速く凝集分離タンク１内を旋回しながら沈降して汚泥界面ができる。そして、下部の凝集汚泥は汚泥排出口１３を通って集泥ボックス１４に流出し、上部の処理水は集水器１２に越流する。このように、凝集分離タンク１内では、フロックの形成と固液分離が同時に進行する。

この間に、集泥ボックス１４内の凝集汚泥は汚泥移送管１５を通って分離器８に流れるが、水質計測機１８は凝集分離タンク１内の汚泥界面Ｋにおける水質を計測し、その信号を開閉弁１６に出力する。すなわち、水質計測機１８は凝集分離タンク１内の被処理水に対する高比重材９の濃度を一定にするため、開閉弁１６の開度を変化させて凝集分離タンク１内から余剰なフロックを凝集汚泥として引き抜き、凝集分離タンク１内のフロックの量をバランスさせる。そして、分離器８は凝集汚泥から高比重材９を分離し、この分離した高比重材９を高比重材添加設備４に戻す。

このように、実施の形態１における凝集分離装置は、凝集剤６によるフロックの形成と、水流発生機１１による旋回流を利用して、フロックの分離処理を一つの凝集分離タンク１で連続して行なうことができる。したがって、従来の凝集反応槽とは別の固液分離槽が不要となり、必要なスペースを減らすことができる。この際に、原水に凝集剤６を混和する混和タンク２を設けたので、原水と凝集剤６を効率よく迅速に混合させて原水を確実にフロック化することができる。また、高比重材９を添加する位置の上流にスクリーン７を設けたので、分離器８の目詰まりを防止することができ、凝集分離タンク１内での凝集効率を安定して向上させることができる。分離器８は湿式液体サイクロンとしたので、設備コストの上昇を抑制することができる。そして、混合液（原水と凝集剤６が混合した液）に高比重材９を添加するので、大きなフロックの形成が可能となり、処理速度を向上させることができる。

実施の形態２．
図２は、この発明を実施するための実施の形態２における凝集分離装置を示すフロー図である。図１と同じ部分に同じ符号を付し、重複説明を省略する。この実施の形態２における凝集分離装置では、凝集分離タンク１の中央にドラフトチューブ２１を設けてある。また、汚泥界面の近傍に多孔性部材２２を水平に配置してある。さらに、多孔性部材２２の下方において、凝集分離タンク１の内面にガイド板２３を設けてある。なお、凝集分離タンク１の槽の形状は、四角形としてある。

この実施の形態２では、水流発生機１１の左右方向の位置はドラフトチューブ２１内の中央とし、その攪拌羽根１１ａの上下方向の位置はドラフトチューブ２１の底部としてある。また、高比重材９はドラフトチューブ２１内で撹拌する前段に供給する必要があるので、原水導入管５の原水導入口５ａはドラフトチューブ２１の内部かその直上部に設け、高比重材９と凝集助剤１０を含んだ混合液（原水と凝集剤６が混合した液）がドラフトチューブ２１内を移動する旋回流に容易に乗るようにするのが好ましい。しかし、原水が旋回流に容易に乗るのであれば、原水導入管５の原水導入口５ａの位置はドラフトチューブ２１の内部、ドラフトチューブ２１の下方域、またはドラフトチューブ２１の上方域とすることができる。それ以外に、原水導入管５の原水導入口５ａは、水流発生機１１の駆動軸１１ｂが多孔性部材２２を貫通する部分を切り取り、そこから導くことも可能である。

ドラフトチューブ２１の形状は、製造の容易さ・安価さから上下に開口を有する円筒形としてある。より詳細には、ドラフトチューブ２１の下部の開口径が上部の開口径よりも大きなテーパー状の円筒、つまり側面の外形が円錐台形状の円筒とし、旋回流が下降流から水平流（放射流）に容易に変化させるようにしてある。また、ドラフトチューブ２１内の水平断面積とドラフトチューブ２１外の水平断面積とを同じにすることにより、安定した旋回流を形成することができ、固液分離を良好に促進することができるようにしてある。しかし、ドラフトチューブ２１は、旋回流を下降流から水平流（放射流）に容易に変化させることができる構造、すなわち流体の流れを補助して旋回流を発生させる構造であれば、その形状は限定するものではなく、センターウエルやケーシングなどとしたり、円形に近い多角形としたり、外形が円錐台形状であっても下方に向かって厚くなる末広がり形状としたりすることも可能である。

凝集分離タンク１の底面とドラフトチューブ２１の底面との距離は、水流発生機１１の攪拌羽根１１ａの直径の７５％程度とするのが好ましい。そして、水流発生機１１の攪拌羽根１１ａの上下方向の位置は、上述したようにドラフトチューブ２１内の下部としてあるが、ドラフトチューブ２１から突出させないのが好ましい。しかし、ドラフトチューブ２１の攪拌羽根１１ａの上下方向の位置は、旋回流を効率よく発生させるのであれば、その位置を限定するのもではない。

多孔性部材２２は実施の形態１における水質計測機１８の代りとなるものとし、例えば多数の開口を有する板としてある。この多孔性部材２２は、汚泥界面を安定して形成し、フロックの上方への流出を防止し、処理水の乱れを無くして整流域を発生させ、安定した良好な処理水を得るために設置してある。すなわち、多孔性部材２２は凝集分離タンク１の内部を上下に分割し、多孔性部材２２の上方に整流域を容易に発生させ、下方にはフロック形成域（汚泥域）を容易に発生させる。この種の多孔性部材２２には、平板状のパンチングメタル、網、整流板、傾斜板、スリット、ハニコム材などを用いることができる。

多孔性部材２２に板、網、またはパンチングメタルを用いた場合には、１枚だけではなく不連続で設けることができる。また、多孔性部材２２は平板状としてあるが、その他の凹状、凸状なども用いることができる。さらに、多孔性部材２２の開口率は原水の性状に対応させて変化させることが可能である。例えば、多孔性部材２２の開口率を５０％とした場合には、集水器１２のトラフの設置面積は多孔性部材２２の設置面積の１／２以下とするのが好ましい。すなわち、処理水が多孔性部材２２を通過する速度は、処理水がトラフ以外の水面を上昇する速度と同じにするかそれ以下とすることもよい。

ガイド板２３は、凝集分離タンク１の内面とドラフトチューブ２１の外面との間を上昇してきた上昇流をバッフル効果によって水平流（向心流）に滑らかに変化させるものとし、凝集分離タンク１の内面から水平に突出する環状の平坦な板としてある。この実施の形態２における凝集分離装置では、水流発生機１１のみでも旋回流を発生させることが可能であるが、確実に安定した旋回流を効率的に発生させるために、ドラフトチューブ２１とガイド板２３の双方を設けてある。特に、凝集分離タンク１の形状が角を持った形、例えば四角形である場合には、ガイド板２３は水平方向に向けて設けるのが好ましい。しかし、凝集分離タンク１の形状が円形の場合は、旋回流を安定して発生させるだけでなく、共廻りを防ぐために鉛直方向にガイド板２３を設けることもよい。さらに、水平と鉛直の両方向にガイド板２３を設けることもよい。なお、この種のガイド板２３は、平坦な板ではなく湾曲した板とすることも可能である。

次に、この実施の形態２における凝集分離装置の作用を説明する。原水導入口５ａからドラフトチューブ２１内に流入した原水、つまり原水に凝集剤６と高比重材９と凝集助剤１０が投入された被処理水は直ちに水流発生機１１によって攪拌される。これにより、被処理水はドラフトチューブ２１内の水流発生機１１の撹拌によって乱流状態となり、比重の大きなフロックが形成する。そして、ドラフトチューブ２１下部で下降流となり、その下端で水平流（放射流）に転じ、凝集分離タンク１の内面とドラフトチューブ２１の外面との間で鉛直方向の上昇流となる。さらに、その上昇流はドラフトチューブ２１内で発生した下降流によってドラフトチューブ２１の上端と多孔性部材２２との間で水平流（向心流）に転じる。フロックはこのような旋回流に乗って再びドラフトチューブ２１内に移流する。この間に、ガイド板２３は旋回流が上昇流から水平流（向心流）に容易に変化するのを助け、汚泥界面が形成され、処理水は多孔性部材２２を通過して集水器１２へ越流する。

ここで、多孔性部材２２を通過する処理水の速度をＶとした場合に、凝集分離タンク１内において速度Ｖで上昇する被処理水の下部に速度Ｖよりも速い速度で水平流や下降流を発生させてやれば、速度Ｖよりも沈降速度の遅い小さなフロックでも水平流や下降流に乗って移動し、その速度が速いために上昇流に乗りにくくなる。すなわち、フロックは旋回流による大きな力を受けるので、上昇流からはずれて移動することになる。このため、上昇速度Ｖよりも遅い沈降速度で移動するフロックでも固液分離することが可能となり、小さな凝集分離タンク１でのフロックの分離が可能となる。

そして、旋回流による固液分離を効率よく行うためには、小さくて重いフロック、すなわち流動抵抗が小さく、かつ質量が大きい重いフロックを形成することが望ましいのであるが、この実施の形態２では混合液（原水と凝集剤６が混合した液）に高比重材９と凝集助剤１０を添加するので、固液分離の効率が向上する。また、重いフロックであるために凝集分離タンク１内下部のフロック濃度も高くなり、凝集部のフロック同士の衝突回数や原粒子とフロックとの衝突回数が増大し、凝集効果が向上すると共に、装置の小型化が可能となる。

このように、実施の形態２における凝集分離装置では、フロックを重力によって沈降させるのではなく、水流発生機１１の撹拌に伴う循環流、すなわち凝集分離タンク１の内面とドラフトチューブ２１の上端の間に生じる水平流（向心流）の流速を、被処理水の上昇流速に対して十分大きくすることによって固液分離の処理を促進することができる。そして、高比重材９や凝集助剤１０を含んだ被処理水を凝集分離タンク１内に流入させた直後に撹拌することによって、凝集助剤１０を均一に分散させることができる。また、高比重材９を添加することによって、被処理水中のコロイド状物質や懸濁物質を高比重材９の周りの大きなフロックに成長させ、固液分離の処理をより効率的に行うことができる。さらにＳＳ除去率８０％以上の除去が２〜３分で可能となる。この際に、高比重材９は流入水（原水、凝集剤６を含まない被処理水）に対して一定の濃度でフロックに内在させる必要があので、流入水量に対する添加濃度を３，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌとするのが好ましい。しかし、添加濃度は水の粘度など水質や性状によって変化させることができる。

実施の形態３．
図３は、この発明を実施するための実施の形態３における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図２と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。上記実施の形態２では上記実施の形態１と同様に分離器８に湿式液体サイクロンを用いたが、この実施の形態３における分離器３１は汚泥移送管１５からの汚泥から高比重材９を重力によって分離し、分離した高比重材９を高比重材添加設備４に戻すようにしてある。したがって、分離器３１は汚泥移送管１５からの汚泥を収容するタンク３２を備え、このタンク３２では汚泥移送管１５から流入した汚泥のうちの比較的重い高比重材９を重力によって沈降させ、比較的軽い汚泥をタンク３２の上部から溢出させる。そして、タンク３２内で沈降した高比重材９は供給管３３を介して高比重材添加設備４に供給し、タンク３２から溢出した汚泥は系外に移送する。つまり、この実施の形態３における分離器３１では、高比重材９の沈降速度が７０ｍ／ｈ程度、そして汚泥の沈降速度が３〜４ｍ／ｈ程度となり、高比重材９の沈降速度が汚泥の沈降速度と比べて極めて大きくなるので、高比重材９を５分程度の短時間で重力沈降させて分離することができる。この実施の形態３における凝集分離装置でも、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。

実施の形態４．
図４は、この発明を実施するための実施の形態４における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図２と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態４では、ガイド板２３の内端を外端よりも高く配置してある。これにより、この実施の形態４における凝集分離装置では、実施の形態２と同様な効果を得ることができる上に、ドラフトチューブ２１の外面と凝集分離タンク１の内面の間を流れる上昇流を水平流（向心流）に滑らかに変化させることができる。

実施の形態５．
図５は、この発明を実施するための実施の形態５における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図２と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態５では、高比重材９を凝集助剤注入口１０ａの下流側において原水導入管５に注入するようにしてある。したがって、上記実施の形態２における高比重材添加設備４は、スクリーン７のみを備えた原水収容タンク４Ａとしてある。この実施の形態５における凝集分離装置でも、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。なお、凝集助剤１０の添加位置は、混合液が凝集分離タンク１に流入する前であればよいが、凝集分離タンク１内の原水導入口５ａ付近で混合液導入直後に凝集助剤１０と十分に混合されるようにしてもよい。

実施の形態６．
図６は、この発明を実施するための実施の形態６における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図２と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態６では、高比重材９を凝集分離タンク１に直接投入するようにしてある。この場合に、分離器８からの高比重材供給口８ａを原水導入口５ａの近傍に配置し、高比重材９をドラフトチューブ２１内の旋回流に確実に乗せるようにしてある。このため、上記実施の形態２における高比重材添加設備４は、スクリーン７のみを備えた原水収容タンク４Ａとしてある。この実施の形態６における凝集分離装置でも、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。

実施の形態７．
図７は、この発明を実施するための実施の形態７における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図２と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態７では、原水導入管５の中間部５ｂを流下方向に対して下方に傾斜させ、高比重材９と凝集助剤１０を原水導入管５の中間部５ｂの最下端に供給するようにしてある。このため、上記実施の形態２における高比重材添加設備４は、スクリーン７のみを備えた原水収容タンク４Ａとしてある。この実施の形態７における凝集分離装置では、実施の形態２と同様な効果を得ることができる上に、原水導入管５の傾斜した中間部５ｂによって原水を加速させ、ドラフトチューブ２１内の旋回流を加速させることができる。

実施の形態８．
図８は、この発明を実施するための実施の形態８における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図２と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態８では、原水導入管５の原水導入口５ａを凝集分離タンク１の横からドラフトチューブ２１の内部に導いてある。すなわち、原水導入管５は凝集分離タンク１の側壁とドラフトチューブ２１の側壁を貫通させ、高比重材９と凝集助剤１０を含んだ混合液（原水と凝集剤６が混合した液）をドラフトチューブ２１内の旋回流に確実に乗せるようにしてある。この実施の形態８における凝集分離装置では、実施の形態２と同様な効果を得ることができる上に、原水が横方向から導入されることにより短絡してフロックを十分に形成しないまま流出してしまうことを防止することができる。

実施の形態９．
図９は、この発明を実施するための実施の形態９における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態９では、上記実施の形態１における凝集分離装置にドラフトチューブ２１のみを追加してある。この場合に、原水導入管５の原水導入口５ａの位置や水流発生機１１の位置は実施の形態２と同様としてある。この実施の形態９における凝集分離装置では、実施の形態１と同様な効果を得ることができる上に、ドラフトチューブ２１によって旋回流を良好に形成することができる。

実施の形態１０．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態１０における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態１０では、前記実施の形態１における凝集分離装置にドラフトチューブ２１のみを追加し、上記実施の形態１における水質測定機１８は省いてある。そして、汚泥界面Ｋの高さを制御するために汚泥を引き抜く管４１と、この管４１からの汚泥を重力によって分離するタンク４２と、このタンク４２で得た上澄水を凝集分離タンク１内に戻す管４３を設けてある。したがって、管４１の内端は汚泥界面Ｋにおいて汚泥を引き抜くように配置し、タンク４２内で沈殿した汚泥は系外に排出するようにしてある。この実施の形態１０における凝集分離装置でも、実施の形態１と同様な効果を得ることができる上に、ドラフトチューブ２１によって旋回流を良好に形成することができる。

実施の形態１１．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態１１における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態１１では、前記実施の形態１における凝集分離装置にドラフトチューブ２１のみを追加し、実施の形態１における集水器１２の代りに、ろ過機を備えた集水器１２Ａを凝集分離タンク１の内部に設けてある。この実施の形態１１における凝集分離装置でも、実施の形態１と同様な効果を得ることができる上に、ドラフトチューブ２１によって旋回流を良好に形成することができ、集水器１２Ａによって処理水質の乱れを吸収することができる。

実施の形態１２．
図１２は、この発明を実施するための実施の形態１２における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態１２では、上記実施の形態１における凝集分離装置にドラフトチューブ２１のみを追加し、実施の形態１における集水器１２の代りに、ろ過機を備えた集水器１２Ａを凝集分離タンク１の外部に設けてある。この実施の形態１２における凝集分離装置でも、実施の形態１と同様な効果を得ることができる上に、ドラフトチューブ２１によって旋回流を良好に形成することができる。

実施の形態１３．
図１３は、この発明を実施するための実施の形態１３における凝集分離装置を示す要部フロー図であり、図２と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態１３では、上記実施の形態２における混和タンク２の代りにラインミキサー５１を設けてある。このラインミキサー５１は、例えば原水流入口２ａまたは原水導入管３と同じ口径のパイプと、このパイプの中に配置したスクリューによって構成し、パイプ内を流れる原水に凝集剤６をねじ込むようにすることができる。このラインミキサー５１はスクリューを持たないパイプのみでも、原水に凝集剤６を注入するだけでフロックを形成することができる。しかし、フロックを良好に形成するためには、特に内部に渦流を発生させて混合撹拌を促進する簡素な構造のスタティック・ミキサーを使用するのが好ましい。例えば、日本インカ株式会社製ＷＥＳＴＦＡＬＬ−ＩＮＫＡスタティック・インジェクション・ミキサーＭｏｄｅｌ２８００が挙げられる。この実施の形態１３における凝集分離装置でも、実施の形態２と同様な効果を得ることができる。

以上、実施の形態３〜１３では主に円形の凝集分離タンク１にドラフトチューブ２１を設けることについて説明したが、図１４に示すように複数の四角形の凝集分離タンク１Ａを直列に配置し、各凝集分離タンク１Ａにドラフトチューブ２１を配置することにより、独立した反応や流入変動のある場合に対処することができる。また、図１５に示すように例えば４つの四角形の凝集分離タンク１Ａを四角形に配置し、各凝集分離タンク１Ａにドラフトチューブ２１を配置することも可能である。さらに、図１６に示すように複数の八角形の凝集分離タンク１Ｂを直線状に配置することや、図１７に示すように複数の八角形の凝集分離タンク１Ｂを蜂の巣状に設置することも可能である。なお、図示はしないが、１つの凝集分離タンクに複数のドラフトチューブをそれぞれが競合しないように配置することもできる。この場合には、水流発生機の性能などとのバランスが必要となる。

また、上述の実施の形態２〜８、１３ではガイド板２３を水平方向または略水平方向に向けて設けることについて説明したが、旋回流を効率よく発生させるのであれば、ガイド板２３の形状や方向は上記に限定するものではない。特に、凝集分離タンク１が円筒形や円筒形に極めて近い形状である場合には、図１８に示すように複数のガイド板２３Ａを鉛直方向に向けて設け、旋回流の共廻りを防止するのが好ましい。すなわち、円筒形の凝集分離タンク１の内面に複数枚、例えば４枚のガイド板２３Ａを鉛直方向に向けて等間隔で設けるのが好ましい。この場合には、ガイド板２３Ａは水流発生機１１の撹拌作用によって生じた水平方向の旋回流をバッフル効果によって鉛直方向の流れに変換し、被処理水の流れを上昇方向に整流する。この種の鉛直のガイド２３Ａは、上記水平のガイド板２３と共に１つの凝集分離タンク１に設けることも可能である。この場合には、鉛直のガイド板２３Ａによる上昇流の整流と、水平のガイド板２３による水平流（向心流）の整流の働きを助けることができる。しかし、凝集分離タンク１が多角形である場合には、その内面が旋回流の供廻りを規制するので、鉛直のガイド板２３Ａは設けなくてもよいこともある。

さらに、上述の実施の形態１〜１３において集水器１２に水没型のトラフを用いる場合には、図１９に示すような三角管６１ａの上部に開口６１ｂを長手方向に長く設けたトラフ６１や、図２０に示すような円管６２ａの上部に開口６２ｂを長手方向に長く設けたトラフ６２や、図２１に示すような円管６３ａの上部に多数の小穴６３ｂを長手方向に一列に設けたトラフ６３を用いることができる。また、図２２に示すような複数の三角形のトラフ６４を組み合わせた構造とすることもできる。あるいは、水没型ではないが、図２３に示すような斜面６５ａを有するトラフ６５を用いることができる。

そして、原水の濃度などの性状の変動が特に大きく、凝集分離タンク１内の汚泥界面Ｋと濃度の計測では処理が安定しない場合には、図２４に示すように鉛直面６６ａを有する箱体６６ｂにろ材６６ｃや図示しない整流板などを組み合わせた集水器１２Ｂや、図２５に示すような斜面６７ａを有する箱体６７ｂにろ材６７ｃを組み合わせた集水器１２Ｃを用いることができる。また、前記集水器１２にも、図２４、２５に示すようなろ材６６ｃ、６７ｃを備えることによってろ過機能を持たせることができる。この場合に、ろ材６６ｃ、６７ｃには比重が１．０以下の球状ろ材などを用いることができる。しかし、比重が１以上のろ材の場合でも、ろ材の下部にスクリーン等を設けることで同様に用いることができる。また、エアリフト作用などを利用した循環洗浄を連続的に行って、捕捉した汚泥を洗浄排水として系外へ排出するのが好ましい。これに対し、原水の性状の変動がそれほど大きくない場合には、ろ材６６ｃ、６７ｃの代りに鉛直状や傾斜状の平板を均等に配置した整流板を前記集水器１２に用いることも可能である。通常は、図１９〜図２３に示すような水面や水中から上澄水を集めるトラフ６１〜６５や図示しない導水管を用いればよく、それらを原水の性状などに応じて使い分ければよい。

図１に示す実施の形態１における凝集分離装置を用いて実施した。実施条件として、原水は下水処理場の最初沈殿池の流入水とし、凝集剤（無機凝集剤）６はＰＡＣを原水に対し添加率１０ｍｇ／Ｌ（Ａｌ_２Ｏ_３換算）で添加し、高比重材９は砂を原水に対し濃度３，０００ｍｇ／Ｌとなるように加え、凝集助剤１０としては高分子凝集剤を原水に対し濃度１ｍｇ／Ｌとなるよう添加した。この条件に基づいた流入水量、装置滞留時間、原水ＳＳ、処理水ＳＳ、ＳＳ除去率、汚泥濃度、および汚泥引抜量の間の関係について表１に示すような実施結果を得た。この表１から分かるように、装置滞留時間１０分でＳＳ除去率８０％以上となり、良好な水質の処理水を得ることができた。このように、ＳＳ除去率８０％以上の除去をするのに装置滞留時間が短くなるのは、水質計測機１８によって汚泥界面Ｋのバランスをとると共に、高比重材９の添加によって凝集を効率よく促進し、重いフロックを形成することで、旋回流により短時間で汚泥界面Ｋができたことによる。

図２に示す実施の形態２における凝集分離装置を用いて実施した。実施条件は上記実施例１と同様とした。この条件に基づいた流入水量、装置滞留時間、原水ＳＳ、処理水ＳＳ、ＳＳ除去率、汚泥濃度、および汚泥引抜量の間の関係について表２に示すような実施結果を得た。この表２から分かるように、装置滞留時間３分でＳＳ除去率８０％以上となり、良好な水質の処理水を得ることができた。このように、ＳＳ除去率８０％以上の除去をするのに装置滞留時間が短くなるのは、ドラフトチューブ２１よってフロックの凝集を効率よく促進し、重いフロックを形成することで、旋回流により短時間で汚泥界面Ｋができたことによる。

この発明の実施の形態１による凝集分離装置のフロー図である。この発明の実施の形態２による凝集分離装置のフロー図である。この発明の実施の形態３による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態４による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態５による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態６による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態７による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態８による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態９による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態１０による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態１１による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態１２による凝集分離装置の要部フロー図である。この発明の実施の形態１３による凝集分離装置の要部フロー図である。複数の凝集分離装置の配置形態を示す平面図である。複数の凝集分離装置の配置形態を示す平面図である。複数の凝集分離装置の配置形態を示す平面図である。複数の凝集分離装置の配置形態を示す平面図である。ガイド板の配置形態を示す平面図である。集水器に用いるトラフを示す斜視図である。集水器に用いるトラフを示す斜視図である。集水器に用いるトラフを示す斜視図である。集水器に用いるトラフを示す部分断面図である。集水器に用いるトラフを示す部分断面図である。ろ材を用いた集水器を示す部分断面図である。ろ材を用いた集水器を示す部分断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ凝集分離タンク
２混和タンク
４高比重材添加設備
５原水導入管
６凝集剤
８、３１分離器
９高比重材
１０凝集助剤
１１水流発生機
１１ａ攪拌羽根
１２、１２Ａ〜１２Ｃ、６１〜６５集水器
１４集泥ボックス
１５汚泥移送管
２１ドラフトチューブ
２２多孔性部材
２３、２３Ａガイド板
５１ラインミキサー

Claims

凝集剤が混和した原水が流入する凝集分離タンクと、
該凝集分離タンク内の中央に設けられ、上下に開口を有するドラフトチューブと、
前記凝集剤が混和した原水を前記ドラフトチューブ内へ導く原水導入管と、
前記ドラフトチューブ内に設置され、前記ドラフトチューブ内に下降流を発生させることにより、凝集分離タンク内に旋回流を発生させる水流発生機と、
前記凝集分離タンクの外側に設けられ、前記凝集分離タンクの下部に設けられた汚泥排出口から凝集汚泥を導入して濃縮する集泥ボックスと、
該集泥ボックスで濃縮された凝集汚泥を移送する汚泥移送管と
からなることを特徴とする凝集分離装置。
前記凝集分離タンクには、高比重材が存在する
ことを特徴とする請求項１に記載の凝集分離装置。
前記汚泥移送管には、
高比重材を分離して凝集分離タンクに循環する分離器が設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の凝集分離装置。
前記ドラフトチューブの上方に多孔性部材が設けられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の凝集分離装置。
前記水流発生機は、軸流型攪拌羽根を備えた攪拌機である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の凝集分離装置。
凝集剤と原水とを混和するラインミキサーが設けられている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の凝集分離装置。
前記凝集分離タンクに水質測定機が設けられている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の凝集分離装置。
処理水を導入する集水器が設けられている
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の凝集分離装置。